Результат интеллектуальной деятельности: Конструкция семи-восьмиступенчатой коробки передач (варианты)

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.

Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, их опоры, устройства переключения передач, применяемые в отечественных и зарубежных автомобилях (Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия. Под ред. А.И. Гришкевича. - Мн.: Выш.шк., 1985. - 240 с.).

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения числа передач, особенно в автоматизированных и автоматических коробках передач. Не исключено, что в ближайшем будущем это затронет и механические коробки передач (КП), в которых также все чаще процесс переключения передач автоматизируется. Увеличение числа передач связано с постоянным ужесточением экологических требований, уменьшением рабочего объема двигателей внутреннего сгорания и т.д. Поэтому в перспективных механических коробках передач необходимо предусматривать возможность увеличения числа передач, что позволит уменьшить производственные сроки и издержки в дальнейшем.

Наиболее подходящей в качестве прототипа является 6-ступенчатая несоосная КП Daimler AG (см. патент ER 1482208 А2 от 1,12,2004 г.).

КП состоит из корпуса с размещенными в нем параллельными входным и двумя выходными валами, шестернями внешнего зацепления и расположенными между ними тремя муфтами включения шести передач переднего хода и муфтой включения передачи заднего хода. На первом выходном валу размещены шестерни и муфты включения высших (5 и 6) передач и передачи заднего хода. На втором выходном валу размещены муфты и шестерни остальных передач. На концах выходных валов нарезаны ведущие шестерни главной передачи, зацепленные с ведомым колесом, закрепленным на корпусе дифференциала. С ведущей шестерней первой передачи сцеплена ведомая шестерня передачи заднего хода через блок двух шестерен, установленный на дополнительной оси. Две ведомые шестерни четвертой и пятой передач, установленные на разных выходных валах, имеют общую ведущую шестерню.

Недостатком КП является невозможность увеличения числа передач с 6 до 7.

Наиболее близкими по техническому результату и конструктивному исполнению являются варианты конструкции 7-ступенчатых соосных коробок передач Getrag Getriebe (см. патент ЕР 2660492 А1 от 6,11,2013 г.).

Варианты включают в себя схемы 7-ступенчатых КП, состоящих из корпуса с соосно размещенными в нем ведущим валом и валом привода ведущих колес, параллельными им двумя ведомыми валами, с жестко связанными с ними ведущими шестернями, сцепленными с ведомым колесом, закрепленным на валу привода ведущих колес. На валах установлены пары шестерен постоянного зацепления соответствующих передач, имеющих возможность жесткой связи с валами при помощи трех муфт включения шести передач прямого хода и муфты включения передачи заднего хода и/или седьмой передачи (см. фиг. 4) или первой передачи (см. фиг. 7). Одна муфта включения установлена с возможностью соединения жесткой связью ведущего вала и вала привода ведущих колес, а пара шестерен одной из передач объединена с парой шестерен привода ведущих колес. При этом для уменьшения осевого габарита коробки передач (обозначено в рамках патента и заявлено как одна из целей изобретения) три муфты располагаются на ведомых валах.

Общим недостатком КП является расположение на ведомых валах трех муфт включения в «шахматном порядке», вместо установки двух муфт из трех в одной плоскости - одна муфта напротив другой. В результате величина уменьшенного осевого габарита равняется сумме ширины шестерни седьмой передачи и ширины шестерни заднего хода. Также нерационально расположены на валах шестерни двух передач и единственная муфта включения этих передач, установленная на одном из ведомых валов и смещенная в сторону двигателя транспортного средства. В результате увеличивается длина этого ведомого вала, повышается металлоемкость КП и т.д.

Целью изобретения являются варианты конструкции семи-восьмиступенчатых коробок передач, основанные на типовых схемах, существующих в настоящее время, шестиступенчатых коробок передач.

Указанная цель достигается тем, что на ведомом валу установлены шестерня и муфта включения седьмой передачи, объединенная с муфтой включения передачи заднего хода или с муфтой включения шестой передачи.

Также возможно, что ведомая шестерня первой передачи через блок двух шестерен, установленный на отдельной оси или на дополнительном валу с опорами, сцеплена с шестерней, жестко связанной с ведомой шестерней одной из передач.

Также возможно, что одна из муфт включения установлена с возможностью соединения жесткой связью ведущего вала с валом привода ведущих колес, а пара шестерен одной из передач объединена с парой шестерен привода ведущих колес, при этом для уменьшения осевого габарита коробки передач две муфты включения располагаются на ведомых валах в общей плоскости, перпендикулярной осям валов и ограниченной парами шестерен, установленными рядом с соответствующими муфтами.

Также возможно, что в корпусе коробки передач имеется поперечная перегородка с опорами для валов.

Также возможно, что ведомая шестерня седьмой передачи сцеплена с ведомой шестерней одной из передач через блок двух шестерен, установленный на отдельной оси или на дополнительном валу с опорами.

Также указанная цель достигается тем, что на ведомом валу установлены шестерня и муфта включения седьмой передачи, объединенная с муфтой включения шестой передачи.

Также указанная цель достигается тем, что на валах установлены пара шестерен и муфта включения седьмой передачи.

Также возможно, что муфта включения и пара шестерен седьмой передачи установлены на валах за их опорами в корпусе коробки передач.

Также возможно, что муфта включения седьмой передачи установлена с возможностью соединения жесткой связью ведущего вала и вала привода ведущих колес, а пара шестерен седьмой передачи объединена с парой шестерен привода ведущих колес.

Также возможно, что на валах установлены пара шестерен и муфта включения восьмой передачи, объединенная с муфтой включения седьмой передачи.

На фиг. 1 показана кинематическая схема возможного варианта семиступенчатой КП, соответствующей пункту 1 формулы изобретения, с муфтой включения седьмой передачи, объединенной с муфтой включения шестой передачи.

На фиг. 2 представлена таблица с основными характеристиками КП, включающими в себя номера передач, возможные величины передаточных чисел (приведены с учетом передаточного числа главной передачи) и интервалы между соседними передаточными числами (q).

На фиг. 3 показана кинематическая схема возможного варианта семиступенчатой КП, соответствующей пункту 1 формулы изобретения, с муфтой включения седьмой передачи, объединенной с муфтой включения передачи заднего хода.

На фиг. 4 показана таблица с основными характеристиками КП, представленной на фиг. 3.

На фиг. 5 показана кинематическая схема возможного варианта семиступенчатой КП, соответствующей пункту 2 формулы изобретения.

На фиг. 6 показана таблица с основными характеристиками КП, представленной на фиг. 5.

На фиг. 7 показана кинематическая схема возможного варианта семиступенчатой КП, соответствующей пунктам 1 и 5 формулы изобретения.

На фиг. 8 показана таблица с основными характеристиками КП, представленной на фиг. 7.

На фиг. 9 показана кинематическая схема возможного варианта семиступенчатой КП, соответствующей пункту 3 формулы изобретения.

На фиг. 10 показана кинематическая схема возможного варианта семиступенчатой КП, соответствующей пункту 4 формулы изобретения.

На фиг. 11 показана кинематическая схема возможного варианта семиступенчатой КП, соответствующей пункту 6 формулы изобретения.

На фиг. 12 показана таблица с основными характеристиками КП, представленной на фиг. 11.

На фиг. 13, фиг. 14 и фиг. 15 показаны кинематические схемы возможных вариантов семиступенчатых КП, соответствующих пункту 6 формулы изобретения.

На фиг. 16 показана таблица с основными характеристиками КП, представленной на фиг. 14.

На фиг. 17 показана кинематическая схема возможного варианта семиступенчатой КП, соответствующей пункту 7 формулы изобретения.

На фиг. 18 показана таблица с основными характеристиками КП, представленной на фиг. 17.

На фиг. 19 показана кинематическая схема возможного варианта восьмиступенчатой КП, соответствующей пункту 10 формулы изобретения.

На фиг. 20 показана таблица с основными характеристиками КП, представленной на фиг. 19.

На фигурах под номерами с 21 по 30 показаны кинематические схемы и таблицы с основными характеристиками возможных вариантов КП с соответствующей изобретению конструкцией.

В состав представленной на фиг. 1 кинематической схемы КП входят установленные в опорах корпуса 1 ведущий вал 2 и установленные параллельно с ним два ведомых вала 3 и 4. Шестерни 5, 6, 7, 8 и 9 жестко закреплены на ведущем валу 2. Шестерни 10, 11, 12 и 13 свободно установлены на ведомом валу 3 и попарно сцеплены с шестернями 6, 7, 8 и 9 соответственно. Шестерни 14, 15, 16 и 17 свободно установлены на ведомом валу 4 и находятся в постоянном зацеплении с шестернями 5, 11, 8 и 9 соответственно. Две шестерни 12 и 16, установленные на разных ведомых валах, имеют общую ведущую шестерню 8. Также шестерни 13 и 17 имеют общую ведущую шестерню 9. Ведущие шестерни главной передачи 18 и 19 жестко связаны с ведомыми валами 3 и 4 соответственно и находятся в постоянном зацеплении с ведомым колесом 20 главной передачи, закрепленным на корпусе дифференциала (на фиг. 1 не изображен). Муфты А(21) и В(22) расположены на ведомом валу 3 между шестернями 10-11 и 12-13 соответственно. Муфты С(23) и D(24) расположены на ведомом валу 4 между шестернями 14-15 и 16-17 соответственно. Муфта включения седьмой передачи объединена с муфтой включения В(22) шестой передачи.

В состав представленной на фиг. 3 кинематической схемы КП входит большинство тех же деталей, что и в состава КП, представленной на фиг. 1, но с альтернативной расстановкой на валах пар шестерен и муфт включения. А именно, в опорах корпуса 1 установлены ведущий вал 2 и параллельно с ним два ведомых вала 3 и 4. Шестерни 5, 6, 7, 8 и 9 жестко закреплены на ведущем валу 2. Шестерни 10, 11, 12 и 13 свободно установлены на ведомом валу 3 и попарно сцеплены с шестернями 5, 6, 7 и 9 соответственно. Шестерни 14, 15 и 16 свободно установлены на ведомом валу 4 и находятся в постоянном зацеплении с шестернями 7, 8 и 9 соответственно. Две шестерни 12 и 14, установленные на разных ведомых валах, имеют общую ведущую шестерню 7. Также шестерни 13 и 16 имеют общую ведущую шестерню 9. Ведомая шестерня 17 передачи заднего хода установлена на ведомом валу 4. Ведущие шестерни главной передачи 18 и 19 жестко связаны с ведомыми валами 3 и 4 соответственно и находятся в постоянном зацеплении с ведомым колесом 20 главной передачи, закрепленным на корпусе дифференциала (на фиг. 3 не изображен). Муфты А(21) и В(22) расположены на ведомом валу 3 между шестернями 10-11 и 12-13 соответственно. Муфты С(23) и D(24) расположены на ведомом валу 4 между шестернями 14-17 и 15-16 соответственно. Муфта включения седьмой передачи объединена с муфтой включения С передачи заднего хода. Ведомая шестерня 17 передачи заднего хода сцеплена с ведущей шестерней 5 через шестерню 25, объединенную с промежуточной шестерней 26 в блок двух шестерен, установленный на дополнительном валу 27 с опорами в корпусе коробки передач 1.

В состав представленной на фиг. 5 кинематической схемы КП входят те же детали, что и в состава КП, представленной на фиг. 1, но вместо шестерни 5 ведомая шестерня 14 первой передачи через блок двух шестерен 28-29, установленный на отдельной оси 30, сцеплена с шестерней 31, жестко связанной с ведомой шестерней 16 четвертой передачи. И также ведомая шестерня 15 передачи заднего хода сцеплена с ведущей шестерней 7 через шестерню 32, объединенную с промежуточной шестерней 11 в блок двух шестерен.

В состав представленной на фиг. 9 кинематической схемы КП входит большинство тех же деталей, что и в состава КП, представленной на фиг. 1, но с альтернативной расстановкой на валах пар шестерен, муфт включения, опор в корпусе КП и отсутствует шестерня 5. А именно, в опорах корпуса 1 установлены ведущий вал 2, параллельно с ним два ведомых вала 3 и 4 и установленный соосно с ведущим валом 2 вал привода ведущих колес 33. Шестерни 6, 7, 8 и 9 жестко закреплены на ведущем валу 2. Шестерни 10 и 11 свободно установлены на ведомом валу 3 и попарно сцеплены с шестернями 6 и 7 соответственно. Шестерни 12 и 13 свободно установлены на ведомом валу 4 и находятся в постоянном зацеплении с шестернями 8 и 9 соответственно. Ведомая шестерня 14 передачи заднего хода сцеплена с ведущей шестерней 9 через промежуточную шестерню 13. Ведомая шестерня седьмой передачи 15 сцеплена с ведомой шестерней четвертой передачи 11 через блок двух шестерен 16-17, установленный на отдельной оси. Ведущие шестерни 18 и 19 жестко связаны с ведомыми валами 3 и 4 соответственно и находятся в постоянном зацеплении с ведомым колесом 20, закрепленным на валу привода ведущих колес 33. Муфты А(21) и В(22) расположены на ведомом валу 3 между шестернями 10-11 и 14-15 соответственно. Муфта С(23) расположена на ведомом валу 4 между шестернями 12-13. Муфта D(24) установлена с возможностью соединения жесткой связью ведущего вала 2 с валом привода ведущих колес 33, а пара шестерен пятой передачи объединена с парой шестерен привода ведущих колес 18-20, при этом для уменьшения осевого габарита коробки передач две муфты включения В и С располагаются на ведомых валах в общей плоскости, перпендикулярной осям валов и ограниченной парами шестерен 15-14 и 12-13, установленными рядом с соответствующими муфтами (на фиг. 9 границы общей плоскости схематично обозначены двумя вертикальными штрихпунктирными линиями). Рядом с муфтой D(24) свободно установлена шестерня 34, сцепленная с шестерней 35, которая закреплена на ведомом валу 3.

В состав представленной на фиг. 11 кинематической схемы входят те же детали, что и в состав КП, представленной на фиг. 1, но без пары шестерен 5-14. И дополнительно, в опорах корпуса 1 установлен третий ведомый вал 36 с закрепленной на нем ведущей шестерней главной передачи 37, находящейся в постоянном зацеплении с ведомым колесом 20 главной передачи. А также шестерня 15 является шестерней привода трубчатого вала 38, который свободно установлен на ведомом валу 4, а на конце трубчатого вала установлена муфта С(23) включения заднего хода или первой передачи и рядом с ней свободно установлена ведущая шестерня 39 первой передачи, сцепленная с шестерней 40, жестко закрепленной на ведомом валу 36. Зубчатый венец 41 закреплен на ведомом валу 4 рядом с шестерней 16.

В состав представленной на фиг. 19 кинематической схемы входят те же детали, что и в состав КП, представленной на фиг. 1, но шестерня 15 находится в постоянном зацеплении с шестерней 7. И дополнительно, в опорах корпуса 1 установлен третий ведомый вал 36 с закрепленной на нем ведущей шестерней главной передачи 37, находящейся в постоянном зацеплении с ведомым колесом 20 главной передачи. А также ведомая шестерня 42 передачи заднего хода сцеплена с ведущей шестерней 5 через шестерню 43, объединенную с промежуточной шестерней 14 в блок двух шестерен. Муфта включения Е(44) расположена на ведомом валу 36 рядом с шестерней 42. Пара шестерен 9-13 и муфта включения восьмой передачи объединена с муфтой включения седьмой передачи В(22).

Работу возможных вариантов конструкции семи-восьмиступенчатых КП рассмотрим на примере кинематических схем, изображенных на фиг. 1, фиг. 3, фиг. 5, фиг. 9, фиг. 11 и фиг. 19.

Работа варианта, представленного на фиг. 1, осуществляется следующим образом.

1, 4, 5 передачи и задний ход.

Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведущего вала 2 при помощи пар шестерен 5-14 (1 передача), 7-11-15 (задний ход), 8-16 (4 передача), 9-17 (5 передача) и муфты С, находящейся в левом (1 передача) или правом (задний ход) положении, муфты D, находящейся в левом (4 передача) или правом (5 передача) положении, на ведомый вал 4, жестко связанную с ним ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

2, 3, 6 и 7 передачи.

Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведущего вала 2 при помощи пар шестерен 7-11 (2 передача), 6-10 (3 передача), 8-12 (6 передача), 9-13 (7 передача) и муфты А, находящейся в правом (2 передача) или левом (3 передача) положении, муфты В, находящейся в левом (6 передача) или правом (7 передача) положении, на ведомый вал 3, жестко связанную с ним ведущую шестерню 18 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

Работа варианта, представленного на фиг. 3, осуществляется следующим образом.

1, 2, 3 и 4 передачи.

Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведущего вала 2 при помощи пар шестерен 5-10 (1 передача), 6-11 (2 передача), 9-13 (3 передача), 7-12 (4 передача) и муфты А, находящейся в левом (1 передача) или правом (2 передача) положении, муфты В, находящейся в правом (3 передача) или левом (4 передача) положении, на ведомый вал 3, жестко связанную с ним ведущую шестерню 18 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

5, 6, 7 передачи и задний ход.

Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведущего вала 2 при помощи пар шестерен 9-16 (5 передача), 8-15 (6 передача), 7-14 (7 передача), пары шестерен 5-25, оси 27 и пары шестерен 26-17 (задний ход), муфты С, находящейся в левом (задний ход) или правом (7 передача) положении, муфты D, находящейся в правом (5 передача) или левом (6 передача) положении, на ведомый вал 4, жестко связанную с ним ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

Работа варианта, представленного на фиг. 5, осуществляется следующим образом.

1 передача.

Крутящий момент с ведущего вала 2 через шестерню 8, шестерню 16 и жестко связанную с ней шестерню 31, блок шестерен 29-28 и шестерню 14, муфту С, находящуюся в правом положении, передается на ведомый вал 4, жестко связанную с ним ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

2, 3, 4, 5, 6 и 7 передачи.

Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе КП, представленной на фиг. 1.

Задний ход.

Крутящий момент с ведущего вала 2 через шестерню 7, шестерню 11 и жестко связанную с ней шестерню 32, шестерню 15, муфту С, находящуюся в левом положении, передается на ведомый вал 4, жестко связанную с ним ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

Работа варианта, представленного на фиг. 9, осуществляется следующим образом.

1 и 2 передачи.

Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведущего вала 2 при помощи пар шестерен 9-13 (1 передача), 8-12 (2 передача), муфты С, находящейся в правом (1 передача) или левом (2 передача) положении, на ведомый вал 4, жестко связанную с ним ведущую шестерню 19, сцепленную с ней шестерню 20 и вал привода ведущих колес 33.

3, 4, 5 и 6 передачи.

Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведущего вала 2 при помощи пар шестерен 6-10 (3 передача), 7-11 (4 передача), 34-35 (6 передача) и муфты А, находящейся в левом (3 передача) или правом (4 передача) положении, муфты D, находящейся в правом (5 передача) или левом (6 передача) положении, на ведомый вал 3 (кроме 5 передачи, которая является прямой), жестко связанную с ним ведущую шестерню 18, сцепленную с ней шестерню 20 и вал привода ведущих колес 33.

7 передача.

Крутящий момент с ведущего вала 2 через сцепленные шестерни 7-11-16, блок шестерен 16-17 и шестерню 15, муфту В, находящуюся в левом положении, передается на ведомый вал 3, жестко связанную с ним ведущую шестерню 18, сцепленную с ней шестерню 20 и вал привода ведущих колес 33.

Задний ход.

Крутящий момент с ведущего вала 2 через сцепленные шестерни 9-13-14, муфту В, находящуюся в правом положении, передается на ведомый вал 3, жестко связанную с ним ведущую шестерню 18, сцепленную с ней шестерню 20 и вал привода ведущих колес 33.

Работа варианта, представленного на фиг. 11, осуществляется следующим образом.

1 передача.

Крутящий момент с ведущего вала 2 через сцепленные шестерни 7-11-15, трубчатый вал 38, муфту С, находящуюся в левом положении, пару шестерен 39-40 передается на ведомый вал 36, жестко связанную с ним ведущую шестерню 37 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

2, 3, 4, 5, 6 и 7 передачи.

Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе КП, представленной на фиг. 1.

Задний ход.

Аналогично рассмотренной выше работе КП на 1 передаче, но с муфты С, находящейся в правом положении, через зубчатый венец 41 крутящий момент передается на ведомый вал 4, жестко связанную с ним ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

Работа варианта, представленного на фиг. 19, осуществляется следующим образом.

1, 2, 5 и 6 передачи.

Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведущего вала 2 при помощи пар шестерен 5-14 (1 передача), 7-15 (2 передача), 8-16 (5 передача), 9-17 (6 передача) и муфты С, находящейся в левом (1 передача) или правом (2 передача) положении, муфты D, находящейся в левом (5 передача) или правом (6 передача) положении, на ведомый вал 4, жестко связанную с ним ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

3, 4, 7 и 8 передачи.

Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведущего вала 2 при помощи пар шестерен 7-11 (3 передача), 6-10 (4 передача), 8-12 (7 передача), 9-13 (8 передача) и муфты А, находящейся в правом (3 передача) или левом (4 передача) положении, муфты В, находящейся в левом (7 передача) или правом (8 передача) положении, на ведомый вал 3, жестко связанную с ним ведущую шестерню 18 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

Задний ход.

Крутящий момент с ведущего вала 2 через шестерню 5, шестерню 14 и жестко связанную с ней шестерню 43, шестерню 42, муфту Е, находящуюся в левом положении, передается на ведомый вал 36, жестко связанную с ним ведущую шестерню 37 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.

Техническим результатом использования вариантов конструкции, предлагаемых данным изобретением, является расширение эксплуатационных возможностей и характеристик транспортного средства за счет увеличения числа передач до семи-восьми в коробках передач с кинематическими схемами, основанными или приближенными к существующим шестиступенчатым коробкам передач. Предусмотренная возможность увеличения числа передач у вновь проектируемых шестиступенчатых КП позволит уменьшить будущие производственные издержки (при возникновении необходимости увеличения числа передач) и/или расширит номенклатуру возможных вариантов КП с различным числом передач, с высокой степенью унификации и снизит затраты на производство и ремонт. При этом некоторые варианты позволяют увеличивать число передач без изменения общего числа муфт включения. А также увеличенное число передач позволит расширить диапазон передаточных чисел для устранения одного из недостатков автоматизированных модификаций КП - перегрев сцепления при малой скорости движения, например, в транспортных пробках.

На кинематических схемах, подтверждающих возможность получения конструкций коробок передач, предлагаемых данным изобретением, представлены только некоторые варианты, отличающиеся от других возможных вариантов, с указанными признаками, существенными и взаимосвязанными между собой, образующими устойчивую совокупность существенных признаков, достаточную для получения технического результата - альтернативная расстановка на валах пар шестерен, муфт включения и опор в корпусе КП и/или поперечной перегородке (при наличии).